介孔尖晶石型金属氧化物的制备及其应用研究

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锡酸锌(Zn2SnO4)作为一种具有尖晶石结构AB2O4型的三元氧化物半导体,其禁带宽度达到3.6eV。由于其具有高的电子迁移率、电导率和化学稳定性,低的可见吸收,广泛的被用于工业生活的各个方面。进入21世纪以来,介孔材料由于其具有较大的比表面积和独特的孔径结构等特性开始引起研究人员的注意。本文拟制备多元半导体氧化物锡酸锌,分别应用于DSSC、光催化剂和电化学传感器,通过改变表面活性剂F127的加入量,探讨其对DSSC性能、光催化性能和电化学传感器性能的影响。主要包括以下几部分:(1)采用水热法制备介孔锡酸锌粉体,XRD、SEM、TEM结果表明成功制备了介孔锡酸锌粉体。对介孔Zn2SnO4和纳米Zn2SnO4粉体进行了研究,并以其为光阳极组装DSSC后进行了光电性能测试。粉体的BET分析得到介孔Zn2SnO4的比表面积和孔容比纳米Zn2SnO4的比表面积和孔容大的多。由光电性能测试得到介孔Zn2Sn4光阳极组装DSSC的光电转化效率达到2.69%,大于纳米Zn2SnO4光阳极组装DSSC的光电转化效率,这是由于其较大的比表面积和孔容积,可以更好的吸附N719染料,光电子转移快,光生电子转移形成回路的多。提供了一种通过改变孔的结构来改变染料吸附量的思路。(2)采用水热合成法制备尖晶石型Zn2SnO4粉体,并利用罗丹明B作为被降解物测试其光催化性能。可以看出,随着时间变长,罗丹明B的浓度越来越小,说明Zn2SnO4粉体对罗丹明B的降解越来越完全。当80min时,降解率达到最大值95%。在70min时,F127的加入量增加时,罗丹明B的降解度样品4>3>2>1,加入量多时所制备的样品的Zn2SnO4粉体对罗丹明B的降解速率越来越高,光催化性能与比表面积呈正比关系。当都到达80min时,后三种样品的降解率没太大差别都达到90%以上,说明F127的加入量只是改变降解速率,增大表面活性。(3)利用尖晶石型Zn2SnO4粉体制备壳聚糖/Zn2SnO4/GCE电极,检测毒死稗。利用电化学工作站的线性扫描法和循环伏安法分别测试其电化学性能得出:光照强度影响壳聚糖/Zn2SnO4电极和壳聚糖/Zn2SnO4/GCE电极的响应电流和还原电流,壳聚糖/Zn2SnO4/GCE电极的还原电流主要被孔径大小影响。酶的加入,导致暗电流增大和光生电子减少。乙酰胆碱酯酶(GCE)的加入和毒死蜱发生反应,产生电子转移,从而产生电流。壳聚糖/Zn2SnO4/GCE电极所组建的传感器的响应时间为1s,当t=980s时,响应电流开始下降,速度较快,说明壳聚糖/Zn2SnO4/GCE电极中含有的乙酰胆碱酯酶(GCE)被毒死稗消耗过多,传感器性能开始下降。毒死稗浓度的增大,壳聚糖/Zn2SnO4/GCE电极的传感器的响应电流逐渐变大,并开始呈线性趋势。毒死稗的线性检测范围是5 μL-1055μL。在线性范围内,壳聚糖/Zn2SnO4/GCE电极极为灵敏。
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